一種靜電紡納米纖維的多股噴氣摩擦成紗裝置及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紡織領(lǐng)域，涉及一種靜電紡納米纖維成紗裝置和方法，具體涉及一種可規(guī)?；B續(xù)制備靜電紡納米纖維紗線的多股噴氣摩擦成紗裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲是一種制備納米纖維簡單而又有效的方法。傳統(tǒng)靜電紡絲的基本原理，即在強電場中，聚合物溶液液滴在噴絲頭處形成“泰勒錐”，當靜電場力超過液滴表面張力閾值，溶液液滴被抽長、拉細形成帶電射流，經(jīng)溶劑揮發(fā)固化形成無規(guī)取向的納米纖維氈。靜電紡納米纖維因其超細尺度、高表面積和孔隙率等特點，已在服裝、生物醫(yī)用、復合材料、過濾材料和傳感器等多領(lǐng)域顯示廣闊的應用前景。然而，傳統(tǒng)的靜電紡絲方法只能得到無規(guī)排列的納米纖維無紡氈，產(chǎn)品形式單一，產(chǎn)量較低，納米纖維氈的二次加工性和機械性能較差，極大限制了其應用。因此，靜電紡絲加工得到的納米纖維只有加工成連續(xù)的紗線，才能運用機織、針織、編織等紡織技術(shù)加工，從而將納米纖維融合到更廣闊、更有意義的市場中。此外，納米纖維紗中纖維沿軸取向可賦予材料獨特的光學、電學、力學性能，因而有更高附加值的運用。
[0003]近年來，有關(guān)靜電紡連續(xù)納米纖維成紗的報道相繼出現(xiàn)。Smit [Eugene Smit,Polymer, 2005，46，2419]和 Teo [ffee-Eong Teo, Polymer, 2007，48，3400]等利用凝固浴，使納米纖維以薄膜的形式沉積在凝固浴液體的表面，得到連續(xù)的納米纖維紗。這種可以實現(xiàn)納米纖維的連續(xù)成紗，但是紗線中纖維的平行度較差，且只適用凝固浴是導電的聚合物納米纖維。Gu [BK Gu, Applied Physics Letters, 2007, 90, 263902]等利用安放在針頭和接地收集板之間的多邊形電極創(chuàng)造一個旋轉(zhuǎn)的電場來加捻納米纖維，這種成紗機理可以形成有捻紗，纖維在電極表面的粘連，且只能形成很短長度的納米纖維紗。Dabirian[F Dabirian, Fibers & Polymers, 2011, 12, 610]和Ali [Usman Ali, Journal of theTextile Institute, 2012, 103, 80]等發(fā)展了一種共軛加捻法，就是在兩個極性相反的噴頭中間配置旋轉(zhuǎn)的金屬圓盤或喇叭集聚和加捻纖維束，實現(xiàn)了納米纖維連續(xù)成紗。這些紡紗采用的均是傳統(tǒng)的單針頭靜電紡絲系統(tǒng)，存在產(chǎn)量低，細度小，紡紗過程不穩(wěn)定的局限。此外，這些方法不能紡絲過程中射流的穩(wěn)定運動，不能實現(xiàn)納米纖維的定向凝聚。Ton in[C Tonin, Sc1.Dir.，2007, 43，2792]等在噴絲頭和接收裝置間放置一個絕緣圓柱腔，利用切向射入圓柱腔的旋轉(zhuǎn)氣流帶動納米纖維向接收裝置移動，最后形成納米纖維紗，但未提供納米纖維紗的電鏡圖片。Li [N Li, Mater.Lett., 2012, 79，245]等通過對漏斗形接收裝置抽氣，利用負壓將納米纖維吸入接收裝置內(nèi)，得到不連續(xù)的納米纖維紗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種靜電紡納米纖維紗線的多股噴氣摩擦成紗裝置，可連續(xù)規(guī)?；苽淅w維定向排列和條干均勻度較好的納米纖維紗線，提供上述多股噴氣摩擦成紗裝置制備納米纖維紗線的方法。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案是:一種多股噴氣摩擦靜電紡成紗裝置，它包括噴絲裝置，噴絲裝置通過輸液管與供液裝置相連接。噴絲裝置正下方設有兩個平行排列的摩擦輥，兩個摩擦輥的一端通過齒輪與電機相連，另一端通過抽氣管與渦流風機相連，摩擦輥兩端分別設有導紗器和卷繞裝置，摩擦輥下方裝有金屬棒，高壓發(fā)生器正、負極分別與噴絲裝置和金屬棒相連接。所述摩擦輥、金屬棒和導紗器均安裝在基座上。
[0006]所述噴絲裝置由溶液室和沿溶液室兩側(cè)對稱排列的多個氣室構(gòu)成，所述溶液室下方設有一排沿同一軸線排列的噴絲孔，所述噴絲孔直徑0.01-5mm，間距0.01-10 mm，數(shù)量大于等于I個。所述多個氣室分別通過進氣管與氣栗相連接，每個氣室下方設有角度不同的氣道，氣道均為狹長型斜槽，氣道在噴絲孔兩側(cè)對稱排列，氣道與水平面夾角從鄰近噴絲孔開始由內(nèi)至外逐步增加，最外側(cè)氣道角度￡89°，與噴絲孔相鄰的最內(nèi)側(cè)氣道角度為10-70°，氣道數(shù)量大于等于I個。
[0007]所述摩擦輥為表面帶孔的圓管。兩個摩擦輥均采用金屬材質(zhì)，摩擦輥直徑1-1000mm，壁厚0.1-50 mm，摩擦輥表面孔徑0.01-10 mm，孔間距0.01-10 mm，所述兩個摩擦輥平行排列，摩擦輥之間狹縫寬度(注:兩個摩擦輥表面最小距離)0.01-5 mm,兩個摩擦輥一端與電機相連，電機轉(zhuǎn)速10-1000 r/min ;另一端與禍流風機相連，禍流風機壓力-0.5-0 Mpa，所述的電機與渦流風機均用絕緣材料包覆，避免紡絲電場的干擾。
[0008]所述金屬棒位于兩個摩擦輥之間狹縫的正下方，直徑1-20 mm，長度與摩擦輥長度相同。
[0009]所述導紗器位于兩個摩擦輥的兩端，高度與兩個摩擦輥之間狹縫處于同一水平線。
[0010]所述卷繞裝置位于導紗器正下方，卷繞裝置直徑是20-30 mm，長度80-100 mm。
[0011]所述噴絲裝置的噴絲孔的軸線和正下方兩個摩擦輥的狹縫相對應并相互平行。
[0012]所述噴絲裝置與金屬棒垂直間距1-50 cm。
[0013]所述噴絲裝置和金屬棒分別與高壓發(fā)生器的正極和負極相連接，所述高壓發(fā)生器的電壓3-50 kVo
[0014]本發(fā)明所述的一種多股噴氣摩擦靜電紡成紗裝置制備靜電紡納米纖維紗線的方法，它的步驟如下:
(1)供液裝置勻速定量地將紡絲溶液通過進液口輸入溶液室；
(2)打開每個氣室相對應的氣栗，氣栗壓力從鄰近溶液室開始由內(nèi)至外依次遞增；
(3)打開摩擦輥的控制電機，使兩個摩擦輥同向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速控制在10-1000r/min,且兩個摩擦輥的轉(zhuǎn)速比控制在0-20 ；
(4)打開摩擦輥的控制渦流風機，使渦流風機的壓力控制在-0.5-0 Mpa ;
(5)打開高壓發(fā)生器，電壓控制在5-20kV，從噴絲孔擠出的液滴在氣流力和靜電力的共同作用下牽伸成納米纖維，因為多個氣室噴出的氣流其角度依次增加、氣壓依次增大，同時渦流風機抽氣會在摩擦縫隙間形成強大負壓，因此這些形成的納米纖維會定向凝聚在兩個摩擦輥之間的狹縫中，形成納米纖維束；
(6)步驟(5)集聚的納米纖維束在兩個同向轉(zhuǎn)動的摩擦輥的作用下加捻，形成納米纖維紗線；
(7)步驟(6)得到的納米纖維紗線通過預先放置在狹縫中的紗線引出經(jīng)導紗器卷繞到卷繞裝置上，通過控制兩個摩擦輥的不同轉(zhuǎn)速比獲得不同捻度的紗線。
[0015]本發(fā)明所述的一種多股噴氣摩擦靜電紡成紗裝置制備靜電紡納米纖維包芯紗的方法，它的步驟如下:
(1)預先將一端卷繞輥的紗線從導紗器引出經(jīng)過兩個摩擦輥的狹縫卷繞到另一端的卷繞裝置上；
(2)供液裝置勻速定量地將紡絲溶液通過進液口輸入溶液室；
(3)打開每個氣室相對應的氣栗，氣栗壓力從鄰近溶液室開始由內(nèi)至外依次遞增；
(4)打開摩擦輥的控制電機，使兩個摩擦輥同向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速控制在10-1000r/min,且兩個摩擦輥的轉(zhuǎn)速比控制在0-20 ；
(5)打開摩擦輥的控制渦流風機，使渦流風機的壓力控制在-0.5-0 Mpa ;
(6)打開高壓發(fā)生器，電壓控制在5-20kV，從噴絲孔擠出的液滴在氣流力和靜電力的共同作用下牽伸成納米纖維，因為多個氣室噴出的氣流其角度依次增加、氣壓依次增大，同時渦流風機抽氣會在摩擦縫隙間形成強大負壓，因此這些形成的納米纖維定向凝聚在兩個摩擦輥之間的狹縫中，包覆在預先放置的紗線的表面；
(7)步驟